磁光克爾譜寫磁學(xué)新篇章

一、引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對于材料的表征和研究要求越來越高，而磁光克爾系統(tǒng)可以提供非常精確的磁性數(shù)據(jù)和圖像，在配合光學(xué)、磁學(xué)、電學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)多種原位測試能力。因此在材料科學(xué)、物理、化學(xué)等領(lǐng)域都有很大的應(yīng)用潛力。

本期就讓TuoTuo科普帶大家初步了解什么是磁光克爾吧。

二、磁光克爾效應(yīng)

磁光克爾效應(yīng)（Magneto-optical Kerr effect）是指當(dāng)一束線偏振光入射到鐵磁性樣品表面時(shí)，經(jīng)樣品表面反射的光其偏振面相對于線偏振光的偏振面旋轉(zhuǎn)了一個(gè)很小的角度，這個(gè)旋轉(zhuǎn)的角度被稱為克爾旋轉(zhuǎn)角。

圖1  偏振光入射到不同磁化方向樣品表面發(fā)生不同程度和方向的偏轉(zhuǎn)

三、克爾效應(yīng)的分類

按照磁場相對于入射面的配置狀態(tài)不同，可將磁光克爾效應(yīng)分為三種類型：

圖2  磁光克爾效應(yīng)

a:極向克爾效應(yīng)

磁化方向垂直于樣品表面并且平行于入射面。通常情況下，極向克爾信號的強(qiáng)度隨光的入射角的減小而增大，在入射角為零時(shí)（垂直入射）達(dá)到Z大。

b:縱向克爾效應(yīng)

磁化方向在樣品膜面內(nèi)，并且平行于入射面?？v向克爾信號的強(qiáng)度一般隨光的入射角的減小而減小。通常情況下，縱向克爾信號中比極向克爾信號小一個(gè)數(shù)量級,縱向克爾效應(yīng)的探測遠(yuǎn)比極向克爾效應(yīng)困難。但對于很多薄膜樣品來說，易磁軸往往平行于樣品表面，因而只有在縱向克爾效應(yīng)配置下，樣品的磁化強(qiáng)度才容易達(dá)到飽和。因此，縱向克爾效應(yīng)對于薄膜樣品的磁性研究來說是十分重要的。

c:橫向克爾效應(yīng)

磁化方向在樣品膜面內(nèi)，并且垂直于入射面。橫向克爾效應(yīng)中，只有在偏振光偏振方向平行于入射面入射條件下，偏振光才有一個(gè)很小的反射率的變化。

在顯微成像的磁光克爾中，一般極向克爾信號Z強(qiáng)，縱向克爾信號次之，橫向克爾信號最弱。

四、       磁性薄膜材料的研究應(yīng)用

磁光克爾效應(yīng)對研究磁性超薄膜材料表面磁學(xué)性質(zhì)有重要應(yīng)用。通過測量鐵磁性樣品的磁光克爾效應(yīng)可得到磁性樣品的磁滯回線，可以對樣品的磁學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析，也可通過反射光成像觀察非透明磁性介質(zhì)的磁疇結(jié)構(gòu)及其動(dòng)態(tài)變化。

1、磁滯

圖3  磁滯回線與磁疇檢測圖

圖4  磁滯現(xiàn)象和磁滯回線示意圖（來源于網(wǎng)絡(luò)）

所謂磁滯現(xiàn)象是指鐵磁質(zhì)磁化狀態(tài)的變化總是落后于外加磁場的變化，在外磁場撤消后，鐵磁質(zhì)仍能保持原有的部分磁性。

磁性材料按照矯頑力大小分為3類：軟磁材料、硬磁材料、矩磁材料

圖5  磁滯回線分類

2、       磁疇

圖6  磁疇（拍攝于托托科技的磁光克爾設(shè)備）

所謂磁疇，是指鐵磁體材料在自發(fā)磁化的過程中為降低靜磁能而產(chǎn)生分化的方向各異的小型磁化區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)部包含大量原子，這些原子的磁矩都像一個(gè)個(gè)小磁鐵那樣整齊排列，但相鄰的不同區(qū)域之間原子磁矩排列的方向不同。各個(gè)磁疇之間的交界面稱為磁疇壁。

五、托托科技磁光克爾綜合測試平臺(tái)測試案列

圖7 托托科技磁光克爾綜合測試平臺(tái)測試案列

圖8 某公司磁光克爾顯微鏡磁疇成像（磁性纖維樣品）

圖9 托托科技磁光克爾顯微鏡磁疇成像（磁性纖維樣品）

六、托托科技磁光克爾顯微鏡綜合測試設(shè)備

托托磁光克爾顯微鏡綜合測試設(shè)備，顯微磁疇空間分辨率優(yōu)于0.5微米，磁光克爾角分辨率優(yōu)于0.1毫度，支持極向克爾、縱向克爾、橫向克爾三種磁光克爾效應(yīng)測量方式。在追蹤平面內(nèi)數(shù)百萬點(diǎn)的磁疇動(dòng)態(tài)信息的同時(shí)，可搭配探針臺(tái)實(shí)現(xiàn)電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)同步觀測，廣泛應(yīng)用于磁學(xué)和自旋電子學(xué)領(lǐng)域中磁光克爾效應(yīng)，磁滯回線，磁疇翻轉(zhuǎn)或擴(kuò)展動(dòng)態(tài)等觀測。

托托科技提供的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)按照性能優(yōu)先，穩(wěn)定性優(yōu)先的設(shè)計(jì)思路，可以滿足實(shí)驗(yàn)室研究及工業(yè)生產(chǎn)中各種相關(guān)材料的測試需求。標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備中提供了磁場激勵(lì)、電流激勵(lì)等多種選項(xiàng)，是客戶在自旋特性研究中的得力測試平臺(tái)。

圖10  托托科技磁光克爾顯微鏡綜合測試設(shè)備